Experimental and theoretical analysis of the inertial sensor prototype for the MICROSCOPE in-orbit test of the equivalence principle

• Auteur / Autrice : Danya Hudson
• Direction : Pierre Exertier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géodésie spatiale
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Accéléromètre électrostatique

Instrumentation spatiale

Microsatellite microscope

Suspension électrostatique

Electrostatic accelerometer

Satellite instrumentation

Microscope microsatellite

Electrostatic suspension

Résumé

L'objectif de la mission MICROSCOPE est la vérification en orbite du principe d'équivalence, avec une précision de 10^-15. Ce test sera réalisé avec deux masses d'épreuve de matériaux différents maintenues sur la même trajectoire par des forces électrostatiques dans un accéléromètre différentiel. L'instrument optimisé pour l'usage en orbite ne fonctionnant pas sur Terre, une série de modèles de développement est nécessaire. Le premier modèle fonctionnel est le sujet de cette thèse. Les équations de la capacité entre la masse et ses électrodes de contrôle sont développées, et une simulation numérique dynamique du capteur est créée pour définir les lois de commande de la masse. La précision de l'intégration du capteur est vérifiée avant de commencer l'expérimentation qui mène à la première lévitation d'une masse cylindrique. Les mesures obtenues avec ce modèle, une fois la configuration optimisée, constituent la première confirmation des prévisions théoriques de la performance du capteur.

The MICROSCOPE mission is a space based test of the equivalence principle, to a precision of 10^-15. The test will be performed by a differential accelerometer in which two proof masses of different materials are held on the same trajectory by means of electrostatic forces. Because the instrument optimized for use in orbit can not function on ground, a series of development models are necessary. The first functional model, the prototype, is the subject of this thesis. The work begins with the development of equations for the capacitance between the proof mass and its control electrodes and the creation of a computer simulation required to define the mass control laws. The precision of the sensor integration is verified before beginning the experimentation which leads to the first complete levitation of a cylindrical proof mass. Measurements from the prototype, once in an optimal configuration, provide the first confirmation of the theoretical predictions of the sensor performance.